Основні властивості крапельних рідин - студопедія

Основний механічною характеристикою рідини є її щільність. Щільністю r називають масу рідини, укладену в одиниці об'єму: для однорідної рідини
кг / м 3 (1.4)

де М - маса рідини в обсязі W.

Питомою вагою g називають вага одиниці об'єму рідини, т. Е.
н / м 3 (1.5)
Зв'язок між питомою вагою g і щільністю r легко знайти, якщо врахувати, що; відповідно з цим
(1.6)
Для неоднорідної рідини формули (1.4) і (1.5) визначають лише середні значення щільності і питомої ваги в даному обсязі. Визначення дійсних значень цих параметрів проводиться шляхом пошуку межі відповідних відносин, спрямовуючи обсяг до нуля.
Розглянемо основні фізичні властивості крапельних рідин.

Стисливість. або властивість рідини змінювати свій об'єм під дією тиску, характеризується коефіцієнтом bp об'ємного стиснення, який являє собою відносну зміну обсягу, що припадає на одиницю тиску, т. е.

Стисливість рідин слід враховувати або при дуже високому тиску (близько 1000 кг / см 2 в силових приводах), або при розрахунку пружних коливань систем гідроавтоматики (для тисків, що перевищують 25 кг / см 2). Розрізняють адіабатичний і ізотермічний модуль пружності. Перший трохи більше другого і проявляється при швидко протікають процеси стиснення рідини без теплообміну з навколишнім середовищем.

Температурне розширення характеризується коефіцієнтом bT об'ємного розширення, який являє собою відносну зміну обсягу при зміні температури на 10 С, т. Е.

Вважаючи, що DW = W - W0, отримаємо W = W0 (1 + bTDT) (1.11)

де r0 і r значення щільності при температурах T0 і T. Для води коефіцієнт bT зростає зі збільшенням тиску і температури (14 x 10-6 при 00 С і 1 кг / см 2. 700 x 10-6 при 1000 С і 100 кг / см 2), для мінеральної рідини АМГ - 10 в діапазоні тисків від 0 до 150 кг / см 2 він практично не змінюється і дорівнює 800 x 10-6 1 / 0С.

Опір розтягуванню всередині крапельних рідин. За молекулярної теорії може бути досить значним - до 10000 кг / см 2. У дослідах з ретельно очищеної і дегазованої водою в ній отримані короткочасні напруги розтягнення до 230 - 280 кг / см 2. Однак технічно чисті рідини, що містять зважені тверді частинки і дрібні бульбашки газів, не витримують навіть незначних напружень розтягу. Тому в подальшому будемо вважати, що напруги розтягнення в крапельних рідинах неможливі.

На поверхні рідини діють сили поверхневого натягу. прагнуть надати об'єму рідини сферичну форму і викликають деякий додатковий тиск в рідині. Однак це тиск позначається лише при малих розмірах і для сферичних обсягів, (крапель) визначається формулою

• 
  де r - радіус сфери;
  s - коефіцієнт поверхневого натягу рідини.

Для води, що межує з повітрям він дорівнює 73, для ртуті 460 дин / см. З ростом температури поверхневий натяг зменшується. У трубах малого діаметра (капіляри), додатковий тиск, обумовлене поверхневий натяг, викликає підйом або опускання рідини щодо нормального рівня. Висота підйому смачивающей рідини (опускання не змочується рідини) в скляній трубці діаметром d визначають за формулою для полусферического меніска

де k має наступні значення в мм 2. для води +30, для ртуті -10,1, для спирту +11,5. З явищем капілярності доводиться стикатися при використанні скляних трубок в приладах для вимірювання тиску, а також в деяких випадках витікання рідини. Особливо важливим є врахування сил поверхневого натягу рідини, що знаходиться в умовах невагомості.

В'язкість є властивість рідини чинити опір зсуву (або ковзанню) її шарів. Це властивість проявляється в тому, що в рідині при певних умовах виникають дотичні напруження. В'язкість є властивість, протилежне плинності. При перебігу в'язкої рідини уздовж твердої стінки відбувається гальмування потоку, обумовлене в'язкістю (рис. 1.2).

Швидкість руху шарів v зменшується в міру зменшення відстані до стінки y аж до v = 0 при y = 0, а між шарами відбувається прослизання, що супроводжується виникненням дотичних напружень. Відповідно до гіпотези, висловленої вперше Ньютоном, дотичне напруження в рідині залежить від її роду і характеру течії і при шаруватому плині змінюється прямо пропорційно так званому поперечному градієнту швидкості; відповідно до цього для безмежної стінки матимемо

де m - коефіцієнт пропорційності, який отримав назву динамічного коефіцієнта в'язкості рідини;

dv - приріст швидкості, відповідне збільшенню координати dy (рис. 1.2.).

Поперечний градієнт швидкості dv / dy визначає собою зміну швидкості, що припадає на одиницю довжини в напрямку y і, отже, характеризує інтенсивність зсуву шарів рідини в даній точці.

У разі постійності дотичного напруження по поверхні S повна дотична сила (сила тертя), що діє по цій поверхні, дорівнює

Для визначення розмірності коефіцієнта в'язкості вирішимо рівняння (1.12) щодо m, в результаті отримаємо

В системі СГС за одиницю в'язкості приймається

1 пуаз = 1 дінаxс / см 2 = 0,1 нxс / м 2

Поряд з динамічним коефіцієнтом в'язкості m застосовують ще так званий кінематичний коефіцієнт в'язкості

В якості одиниці вимірювання кінематичного коефіцієнта в'язкості вживається 1 стокс = 1 см 2 / с. Сота частка Стокса називається сантістокс. В системі СІ розмірність n - м 2 / с. Відсутність розмірності сили в розмірності цієї величини і послужило приводом до назви її кинематическим коефіцієнтом в'язкості.

В'язкість крапельних рідин залежить від температури, зменшуючись зі збільшенням останньої. В'язкість газів з ростом температури збільшується.

Це пояснюється відмінністю природи в'язкості в рідинах і газах. У рідинах молекули розташовані набагато ближче один до одного, ніж в газах, і в'язкість викликається силами молекулярного зчеплення. Ці сили зі збільшенням температури зменшуються, тому в'язкість падає. У газах ж в'язкість обумовлена ​​головним чином безладним тепловим рухом молекул, інтенсивність якого збільшується зі зростанням температури. Характерні криві зміни в'язкості від температури наведені на рис. 1.3.

Вплив температури на в'язкість рідини можна оцінювати наступною формулою

де m і m0 - значення в'язкості при температурах T і T0;

l - коефіцієнт, значення якого для масел змінюється в межах 0,02 - 0,03.

В'язкість рідин залежить також від тиску, проте ця залежність істотно проявляється лише при відносно великі зміни тиску, порядку декількох сотень кг / см 2.

Із закону тертя, що виражається рівнянням (1.12), слід, що напруги тертя можливі тільки в рухомої рідини, т. Е. В'язкість рідини проявляється при її перебігу. У яка покоїться рідини дотичні напруження вважатимемо рівними нулю.

Испаряемость. Це властивість властива всім краплинним рідин.
Одним з показників, що характеризують випаровуваність рідини, є температура її кипіння при нормальному атмосферному тиску: чим вище температура кипіння, тим менше випаровуваність рідини. У гідросистемах нормальний атмосферний тиск є лише окремим випадком; зазвичай доводиться мати справу з випаровуванням, а іноді і кипінням рідин в замкнутих обсягах при різних температурах і тисках. Тому більш повною характеристикою випаровуваності є тиск насичених парів pn, виражене в функції температури. Чим більше тиск насичених парів при даній температурі, тим більше випаровуваність рідини. Зі збільшенням температури тиск pn збільшується, проте у різних рідин в різному ступені. Конкретні дані можна знайти в довідковій літературі по теплофізичних властивостях рідин.

Розчинність газів в рідинах відбувається при будь-яких умовах, але кількість розчиненого газу в одиниці об'єму рідини різному для різних рідин і змінюється зі збільшенням тиску. Відносний обсяг газу, розчинної в рідини до її повного насичення, можна вважати прямо пропорційним тиску, т. Е.

де Wг - обсяг розчиненого газу при нормальних умовах;
Wж - обсяг рідини;
p1 і p2 - початковий і кінцевий тиск газу.

Коефіцієнт k розчинності повітря має наступні значення при 200 С: для води - 0,016, для рідини АМГ-10 - 0,104.

При зниженні тиску в рідині відбувається виділення розчиненого в ній газу, причому газ виділяється з рідини інтенсивніше, ніж розчиняється в ній. Це явище може негативно позначатися на роботі гідросистем.

Повернутися в зміст: Гідравлічні і гідромашини